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深入地底十七米 盾构机国产化的十年荆棘路

来源:全球起重机械网  人气:4852
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   深入郑州市第六大街地底十七米,你能感受到扑面而来的现代工业气息——隧道内的轰鸣声使一侧用于通行的铁踏板都在震动,延绵五十余米的机器上附着着掌心粗的线路、数不清的仪表盘与各色按钮开关,35公分厚的钢筋混泥板将隧道与四周的砂石隔开,连空气都比地面要热上几度。


这里是4月28日郑州地铁七号线施工现场,而隧道的尽头是正在掘进的国产盾构机。


十三年前,这样的盾构机设备基本依靠进口。中铁工程装备集团有限公司(简称中铁装备)副总经理张志国介绍,2008年,国内首台拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机才诞生。十三年后,中国市场基本以国产盾构为主,而且盾构机的关键部件、元器件已实现部分国产化,“卡脖子”现象得到很大程度的改善。


张志国表示:“以2020年为例,在充分竞争的国际市场上中铁装备占据了其中25%市场份额,我们海外的主要竞争对手是55%。而在7年前我们才实现国际市场零的突破,相比之下我们与主要竞争对手的差距越来越小。我们有信心能够做这个小众行业的全球领军者。”


回看过往,张志国说,在盾构机技术上,中国用十几年走过了国外近50年的发展历程,但当下依旧有很多难题等待着去国内企业去突破。


企业的崛起


中铁装备的前身颇具历史渊源。


2001年,由中国中铁承担的“土压平衡盾构关键技术研制”被列入“863计划”。2002年10月,中国中铁盾构机研发项目组成立。六年之后,中国第一台具有自主知识产权的复合式盾构机诞生。


2009年,在中国基础设建设狂飙猛进之时,彼时铁路、公路、水利、海底隧道等基础设施建设对盾构机的需求占全球的60%以上,而近95%的盾构机依赖进口且价格高昂。在这样的背景下,中铁装备应运而生。


张志国介绍,2010年,中铁装备开始量产盾构机,此时集团员工数300多人;十年后的现在,人数已上涨10倍达3000多人,盾构机的总产量突破1100台,走过了主要国外竞争对手近50年的发展历程。作为全断面隧道掘进机单项冠军企业,中铁装备盾构机已连续9年保持国内市场占有率第一,连续四年产销量世界第一。


在国际化方面,自2013年出口马来西亚实现中铁装备盾构机海外第一单的突破后,目前已销往马来西来、新加坡等25个国家和地区。国内,中铁装备在全国布局了18个生产基地,盾构年产能280台以上,产品遍布国内40多个省市地区。


对于能取得这样的成绩,张志国认为中铁装备有其独特的优势。“一方面,经过多年的技术和业绩的积累,中铁装备的品牌、技术已经被国际市场普遍认可,与国际的竞争对手相比我们在工期的灵活性、服务的灵活性及价格上有一定的优势;另一方面,中铁装备在国际化的过程中,逐步实现了属地化,吸收当地的资源,在发展过程中实现了持续的深耕和经营。”


在国内企业快速崛起的另一面,张志国也有着自己的担忧。


“目前,国际市场上的竞争对手已经逐渐减少,但绝大部分国内竞争对手在国际市场上以价格来驱动,很多的价格低到我们都没法想象,为此有些国外项目我们被迫放弃,我们也是希望这样的局面能够被约束”,张志国表示。


国产化进程


“前段时间我参加了国资委的一个活动,跟华龙一号机组的人同时接受采访。我发现,华龙一号的研发历程和我们类似”。


谈及盾构机的国产化路为什么不好走,中铁装备副总经理王杜娟表示,这是很多人曾向自己提出的问题,对于此,需要从用户层面和自身技术层面来看待。


从用户层面而言,王杜娟表示:“首先便是可靠性问题。华龙一号核电站对安全可靠的要求非常高。同样对于我们的盾构机而言,需要在地底下施工,甚至在房子底下穿梭,一旦导致楼塌了,代价谁来负责?所以最开始的问题是即使你掌握了相关技术,用户对你的设备可靠性存疑,不敢用。”


曾经的一个案例是,在成都地铁刚刚开始的时候,因为国产盾构也刚刚兴起,市场上主要都是国外品牌盾构,几经波折,中国中铁的盾构才中标进入市场。最终中国中铁盾构以更好的地质适应性和掘进效率的表现,才取得了客户、业主的认可,中铁装备盾构品牌才逐渐被接受。


当下,正在实施的盾构机关键部件国产化同样遇到这样的现实问题。


“如果一个核心部件使用国产的,出了问题怎么办?外界都有这样的疑问,隧道施工不比其他,出了问题都是大问题,所以很多人会认为明明有可替代的、成熟的国外产品,为什么要选择新研发出来的国产设备”,王杜娟表示。


在可靠性之外,地质适用性同样是一大阻碍。王杜娟介绍,盾构机需要根据不同地质来量身定造。“我们也需要更多的试验找到属于这个地质最适应的机型。”


对于产品自身技术的突围,王杜娟认为关键的难题在于盾构机的核心部件。


王杜娟表示,“研发初期,技术难题在于盾构的选型和部件的选择。比如一台盾构设计好后要买其中一个阀,一开始我们不知道从哪买,需要在全球范围内找供货商,供货商因为定制的原因可能还不卖给你。这样的供应链完整也是一种竞争力。”


在王杜娟看来,经历十余年的发展,国内的部件供应链已经很成熟——从盾构机大部件上看,并不会被完全卡脖子,核心部件有国产替代产品;对于控制系统的控制器而言,虽然是从国外引进的,但国内也有企业的产品可做替代,可能可靠性略差一点点但问题也不大,成本受小批量生产的制约,比进口贵一点。


中铁装备还在向更小的核心部件进发。


“减速机、泵等部件我们都能实现国产化,但这些部件里还有一些小控制器是需要进口的,现在我们正在往这一步深入研究。从大部件来说,基本没有卡脖子的技术,无非一些可靠性、寿命与价格的问题”,王杜娟表示。


用户数据分割难题


走过国产化路后,智能化成为业界对下一代盾构机的期待。


中铁装备智能工程研究院副院长荆留杰介绍,盾构机掘进时经常碰到一些断层和破碎带,可能会导致塌方,最终导致设备被卡住。而一旦发生卡机,工期就会出现延误,并且需要依靠人工去打洞清理卡机的部分。为此,对隧道前方地层的掌握(如地层是否完整,水含量是否高等)成为最强烈的需求。


目前来看,市场主要有两条发展方向来解决此需求——一是超前探测,即通过多图像识别、地震波等技术去探测前面的地层;二是通过历史大数据的繁衍循环,能智能的实时判断下一步地层情况。


荆留杰表示,即使前期已经做了很详细的勘测,具体实践过程中仍然可能地质会有一些突发情况。为此中铁装备当前在走第二条智能化的路径,智能化本质上是让没有“眼睛、皮肤”的盾构机拥有实时感知功能。


在研发盾构机智能化近十年的荆留杰发现,智能化发展路并不好走。


荆留杰介绍,智能化最需要的就是收集大量的数据。一方面,如果拥有大量的掘进实验数据,就能根据掘进后排出来的各种渣土数据来智能的判断前方的地质;另一方面,如果能把工人的施工操作用数字化记录下来,当数据积累足够多,人工智能模型就能学习司机的驾驶经验,最终实现智能化操作。


只是,设备制造商苦于数据来源久矣。


荆留杰面临的问题是,盾构机制造商只是丙方,施工方为乙方,投资机构为甲方,很多时候施工方不让制造商装数据采集盒。“施工方最大的顾虑可能是如果出现设备故障或一些安全事故,责任到底归谁。如果有相应施工数据,就能断定责任。”


这种情况不只发生在国内。王杜娟介绍,在产品的智能化起跑上,中铁装备跟国际竞争对手处在同一起跑线。但在数据的共享问题上,国际竞争对手面临的问题更严重——他们的工程量更小,同时涉及国家和国家之间的数据共享。


现在,中铁装备正采取两方面举措来解决数据来源问题。


“一是和施工单位加强合作,通过数据实时共享或者其他方式获得他们的施工数据。比如给他们做数据异常分析、危险预警、参数优化等实时的指导和帮助,施工单位就可能愿意提供数据”,荆留杰表示。


其次,中铁装备也在向制造商兼具施工方的方向发展。荆留杰介绍,这样的方式能直接获得大量施工数据。其实,真正智能化做的比较好的,在国外反而是一些施工单位而不是盾构机制造商,因为施工单位有着能收集大量数据的独特优势。


在智能化发展路上,王杜娟同时预警:“智能化其实还涉及盾构机的生产过程,作为离散制造业,前两年很多企业大量的上智能化设备。而现在大家有一个初步的共识是,生产过程的智能化更多要提升效率、降低成本,不能为了智能化而智能化。比如实现车间的关灯化是不现实的,成本与收益不成正比。我们现在在管控软件等一些点上做智能化从而提升整体效率。可能看起来并不是很高大上,但能起实际的效果。” 来源:经济观察报
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